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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen mittels einer Empfangsantenne der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 6 genannten Art.
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Bei der Peilung von schallabstrahlenden Zielen werden die von diesen Zielen oder Objekten abgestrahlten Geräusche oder reflektierten Schallwellen durch passive Schallmessverfahren detektiert und ihre Richtung bestimmt. Dazu werden herkömmlicherweise die Schallwellen mit einer Sonar-Empfangsanlage empfangen, welche eine Vielzahl elektroakustischer oder optoakustischer Wandler zum Empfangen von Schallwellen und Erzeugen von elektrischen Empfangssignalen aufweist.
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Um die Richtung der empfangenen Schallwellen zu bestimmen ist der Empfangsantenne ein Richtungsbildner nachgeschaltet, in dem die Empfangssignale der Wandler zur Bildung eines eine Richtcharakteristik bestimmenden Gruppensignals gruppenweise aufaddiert werden. Zur Erzielung eines solchen Gruppensignals werden die Empfangssignale mittels sog. Zeitverzögerungskoeffizienten derart zeitverzögert, dass sie bezogen auf eine Hauptrichtung der Richtcharakteristik konphas zueinander sind, und anschließend zur Bildung des Gruppensignals aufaddiert. Dabei werden die Zeitverzögerungskoeffizienten vorbestimmt durch die Lage des jeweiligen Wandlers bezüglich der Hauptrichtung der Richtcharakteristik. Somit können durch unterschiedliche Zeitverzögerungskoeffizienten eine Vielzahl von Richtcharakteristiken gebildet werden, die alle um einen unterschiedlich großen, insbesondere horizontalen, Winkel gegeneinander und gegen eine Bezugsebene, wie bspw. die Normalenebene der Antenne geschwenkt sind.
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Als Empfangsantenne werden z. B. Linearantennen oder Zylinderbasen verwendet. Bei Linearantennen sind die Wandler längs einer Geraden regelmäßig angeordnet. Zum Bilden des Gruppensignals einer Richtcharakteristik werden die Empfangssignale der längs der Geraden angeordneten Wandler zeitgleich aufsummiert. Die Hauptempfangsrichtung dieser Richtcharakteristik weist in Richtung der Senkrechten der Antenne und ist durch elektronische Maßnahmen schwenkbar. Bei nicht linearen Antennen, wie beispielsweise Zylinderbasen, werden die Empfangssignale zum Zwecke ihrer konphasen Aufsummierung zeitgleich derart verzögert, als ob die einfallende Schallwellenfront die Gruppe der gemeinsam betriebenen Wandler an deren fiktiven Ort auf einer zur Hauptempfangsrichtung der Richtcharakteristik rechtwinklig ausgerichteten Linie gleichzeitig erreicht, wobei die Hauptempfangsrichtung durch elektronische Maßnahmen schwenkbar ist. Die Zeitverzögerungskoeffizienten werden für jeden Wandler aus dem Abstand des fiktiven Ortes des Wandlers vom tatsächlichen Wandlerort bestimmt.
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Die graphische Darstellung einer Richtcharakteristik in einer Schnittebene wird als Richtdiagramm bezeichnet. Es beschreibt die Empfindlichkeit der Antenne beispielsweise durch Auftragen der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Schalleinfallswinkel und ist üblicherweise auf einen Maximalwert normiert. Die Darstellung erfolgt entweder in einem Polardiagramm oder in kartesischen Koordinaten mit entweder linearer oder logarithmischer radialer Skalierung. Ein Richtdiagramm enthält mindestens eine Hauptkeule und evtl. mehrere Nebenkeulen oder auch Nebenzipfel genannt. Jedes Maximum wird beiderseits durch eine Nullstelle begrenzt. Die Hauptkeule zeigt dabei in die Hauptempfangsrichtung der Antenne. Die Nebenkeulen sind üblicherweise jedoch unerwünscht, da sie den eindeutigen Richteffekt der Antenne beeinträchtigen und die Hauptkeule schwächen. Um die Auswirkungen dieses ungewollten Empfangs zu verringern, werden oftmals im Empfänger zusätzliche Maßnahmen zur Nebenkeulenunterdrückung getroffen, beispielsweise mittels einer geeigneten Shading-Funktion.
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Aus
EP 0715182 A1 ist ein Verfahren zum Peilen schallabstrahlender Ziele mit einer Anzahl benachbarter, sich überlappender Richtcharakteristiken bekannt. Zum Bestimmen der Richtung der empfangenen Schallwellen wird eine Winkelfunktion aus den Gruppensignalen einer Peilanlage in Abhängigkeit von ihren Hauptempfangsrichtungen gebildet. Dabei sind die Gruppensignale Abtastwerte und ihre Hauptempfangsrichtungen unabhängige Variable der Winkelfunktion. Im ungestörten Empfangsfall weist die Winkelfunktion einen charakteristischen idealen Verlauf auf, der in einer Referenzfunktion nachgebildet ist. Im realen Empfangsfall weicht die Winkelfunktion von dem idealen Verlauf ab. Um die Zieltrennung zweier dicht benachbarter Ziele zu ermöglichen, wird die reale Winkelfunktion mit einer Referenzfunktion verglichen.
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Nachteilig dabei ist, dass mittels dieses Verfahrens lediglich der gemeinsame, akustische Schwerpunkt zweier Ziele bestimmt werden kann. Es wird eine Annahme getroffen, dass beide Ziele einen gleichen Winkelabstand von der Richtung ihres akustischen Schwerpunktes aufweisen. Eine exakte Peilung zweier oder mehrerer benachbarter Ziele ist mit einem derartigen Verfahren nicht möglich.
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Hochauflösende Verfahren zur Winkeltrennung umgehen diesen Nachteil. Mit ihnen ist es prinzipiell möglich, Ziele mit geringen Winkelunterschieden, die unterhalb der Auflösungsgrenze des Richtungsbildners liegen, zu trennen. Ein bekanntes hochauflösendes Verfahren ist beispielsweise das MUSIC(Multiple Signal Classification)-Verfahren. Dies ist eine sog. Unterraummethode, bei der zuerst eine Schätzung über die Anzahl der Ziele erfolgt. Im Idealfall lassen sich Eigenwerte, die den Signalen zugeordnet werden können, eindeutig von den Eigenwerten trennen, die zum Rauschen gehören. Dies wird zur Schätzung der Anzahl empfangener Signale genutzt. Jedoch wird die Unterraummethode durch verschiede Faktoren negativ beeinflusst. Das MUSIC-Verfahren liefert bislang lediglich ungenaue Messwerte.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine genaue Peilung von mehreren, dicht benachbarten, schallabstrahlenden Zielen gleichzeitig zu ermöglichen, insbesondere, wenn die Signalrichtungen der zu detektierenden Schallwellen zu einem Zeitpunkt innerhalb einer Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegen.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den Vorteil einer speziellen Anordnung von Richtcharakteristiken. Ein Richtungsbildner bildet hierzu wenigstens drei gegeneinander versetzte Richtcharakteristiken. Die zur Erzeugung der Richtcharakteristiken benötigten Zeitverzögerungskoeffizienten werden dabei derart gewählt, dass eine zentrale Richtcharakteristik mit einer Hauptkeule erzeugt wird. Die eventuell vorhandenen Nebenkeulen werden in diesem Verfahren vernachlässigt.
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Bei einer gedachten Darstellung der Richtcharakteristiken in einem horizontalen, kartesischen Richtdiagramm, in dem die Antennenausgangsspannung über den Empfangswinkel der Schallwellen aufgetragen ist, wird die Hauptkeule der zentralen Richtcharakteristik von beiden Seiten durch die Hauptkeulen benachbarter Richtcharakteristiken überlappt. Diese Überlappung erfolgt dahingehend, dass sich diese beiden Hauptkeulen auf Höhe desjenigen Empfangswinkels berühren oder schneiden, an dem die Hauptkeule der zentralen Richtcharakteristik ihr Maximum aufweist. Mit dieser vorteilhaften Anordnung der Richtcharakteristiken wird ein zu untersuchender Richtungsbereich mit sehr kleinen Winkelschritten abgetastet.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil erkannt, für eine potentielle Richtungsbestimmung nicht die winkelmäßig breiten Maxima der Hauptkeulen der Richtcharakteristiken heranzuziehen, sondern die scharfen Minima. Um diesen Vorteil auszunutzen werden wenigstens drei richtungsabhängige Amplitudenfunktionen mittels der Hauptkeulen der zuvor erzeugten Richtcharakteristiken erzeugt, und zwar durch Abtastung eines vorbestimmten Richtungsbereiches um eine angenommene Signalrichtung in vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen. Durch Addition der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen, welche sich aus den beiden, die zentrale Richtcharakteristik von beiden Seiten benachbarten, Richtcharakteristiken ergeben, entsteht eine sog. Summenfunktion. Mittels dieser Summenfunktion ist eine Bestimmung von potentiellen Signalrichtungen der einfallenden Schallwellen durch zweimaliges Differenzieren der Summenfunktion nach dem Winkel möglich. Die zweite Ableitung der Summenfunktion gibt im Prinzip die Steigung der Steigung an und enthält lokale Maxima. Diese lokalen Maxima entsprechen eventuellen, potentiellen Signalrichtungen, aus denen die tatsächlichen Signalrichtungen selektiert werden.
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Durch den vorteilhaften Einsatz eines statistischen Analyseverfahrens wie beispielsweise die multiple lineare Regression lassen sich die jeweiligen Anteile der einzelnen eventuellen, potentiellen Signalrichtung an der gemessenen zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion angeben. Dadurch ergeben sich die Signalstärken der potentiellen Signalrichtung aus denen die tatsächlichen Signalrichtungen bestimmt werden können, indem diejenigen Signalrichtungen verworfen werden, deren Signalstärke bzw. Amplitude sehr gering ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, mehrere, innerhalb einer Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegende Signalrichtungen mehrerer schallabstrahlender Ziele oder Objekte zu detektieren, auch dann, wenn die Schallwellen zeitgleich an der Empfangsantenne eintreffen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen erzeugt mittels Schwenken der Richtcharakteristiken mit der zuvor erwähnten Anordnung über einen vorbestimmen Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung und Abtastung dieses Richtungsbereiches in sehr kleinen Winkelschritten. Diese sequentielle Verarbeitung besitzt den Vorteil einer Realisierung mit einem relativ geringen Hardwareaufwand von bspw. ein bis drei Recheneinheiten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen erzeugt mittels gleichzeitiger Richtungsbildung der Richtcharakteristiken mit vorbestimmtem, gleich bleibendem Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung. Der Winkelabstand wird gemäß der gewünschten Auflösung klein gewählt, beispielsweise 0,1 Grad. Diese parallele Verarbeitung weist eine vorteilhafte geringe Taktfrequenz der Recheneinheiten auf. Ferner besteht der Vorteil dieser parallelen Verarbeitung bei einer vergleichsweise hohen Taktfrequenz der Recheneinheit darin, dass eine hohe Aktualisierungsrate der Peilung möglich ist. Dies ist besonders bei der Peilung von schnell anlaufenden Zielen vorteilhaft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert das statistische Analyseverfahren, bspw. die multiple lineare Regression, weitere Werte, welche vorteilhaft ein Maß für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens angeben. Die multiple lineare Regression weist den Vorteil auf, einen evtl. vorhandenen Gleichanteil und/oder ein Maß für die Güte der Messergebnisse zu bestimmen, wobei die Güte mittels der Standardabweichung bestimmt wird und ein Maß für die Übereinstimmung liefert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren mehrmalig in kurzen Zeitabständen angewandt. Dadurch entsteht der Vorteil einer im Wesentlichen kontinuierlichen Anwendung, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse ermöglicht. Darüber hinaus besitzt die kontinuierliche Anwendung des Verfahrens den Vorteil einer dynamischen Erkennung von evtl. Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der anliegenden Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Blockschaltbild des Verfahrens zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen,
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2 ein horizontales, kartesisches Richtdiagramm,
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3A–C eine graphische Darstellung zur Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktion über einen vorbestimmten Richtungsbereich,
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4A–B eine graphische Darstellung der Summenfunktion sowie deren erste und zweite Ableitung,
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5 eine graphische Darstellung von realen Messwerten eines Ausführungsbeispiels und
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6 eine graphische Darstellung berechneter Amplituden für jede potentielle Signalrichtung.
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1 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen oder Objekten in Form eines Blockschaltbildes.
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Dargestellt ist eine Linearantenne als Empfangsantenne 10 mit einer Vielzahl von elektroakustischen oder optoakustischen Wandlern 12, die vorzugweise im gleichen Abstand voneinander entlang einer Geraden angeordnet sind.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Linearantennen beschränkt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kommen andere Empfangsantennen, wie beispielsweise Zylinderbasen zur Anwendung.
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Eine von einem Ziel oder Objekt abgestrahlte Schallwellenfront erreicht die Wandler 12 der Empfangsantenne 10 und erzeugt an deren Ausgang jeweils ein entsprechendes Empfangssignal 14. Die Empfangssignale 14 werden dem Richtungsbildner 16 übergeben, um hier in bekannter Weise zeitverzögert und konphas zu Gruppensignalen jeweils einer Richtcharakteristik verarbeitet zu werden. Alle Richtcharakteristiken weisen eine Hauptkeule in Hauptempfangsrichtung sowie potentielle Nebenkeulen – auch Nebenzipfel genannt – auf. Da diese Nebenkeulen unerwünscht sind und durch eine Amplitudenstaffelung der zeitverzögerten Empfangssignale, dem sog. Shading, reduziert werden, werden diese im weiteren Verlauf der Beschreibung nicht weiter berücksichtigt.
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Für mehrere Richtcharakteristiken, deren jeweilige vorgebbare Hauptempfangsrichtungen gegenüber einer Bezugsrichtung 18 geschwenkt sind, werden die Empfangssignale 14 der Wandler 12 in Abhängigkeit von einem Empfangswinkel ϑ verzögert. Als Bezugsrichtung 18 wird üblicherweise die Horizontalrichtung rechtwinklig zur Antenne – auch als Querabrichtung bezeichnet – gewählt.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Richtungsbildner 16 für eine angenommene Signalrichtung 20 der empfangenen Schallwellenfront drei versetzte, sich überlappende Richtcharakteristiken in einer speziellen, bevorzugten Anordnung. Diese spezielle Anordnung wird im Einzelnen anhand der Darstellung in 2 näher erläutert.
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2 zeigt ein horizontales, kartesisches Richtdiagramm dreier speziell angeordneter Richtcharakteristiken. Dabei wird auf einer horizontalen Achse 22 der Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen und auf einer vertikalen Achse 24 die normierte Antennenausgangsspannung U/U0 in Volt. Dargestellt sind die drei Hauptkeulen 26, 28 der jeweiligen Richtcharakteristiken. Die zugehörigen Nebenkeulen werden, wie oben erwähnt, vernachlässigt.
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Die Richtcharakteristiken werden mittels des Richtungsbildners 16 unter Verwendung entsprechender Zeitverzögerungskoeffizienten derart ausgebildet, dass eine Hauptkeule 28 einer zentralen Richtcharakteristik entsteht, welche von beiden Seiten durch Hauptkeulen 26 benachbarter Richtcharakteristiken überlappt wird. Wesentlich dabei ist, dass bei dieser gedachten Darstellungsform des Richtdiagramms sich die Hauptkeulen 26 auf Höhe des Empfangswinkels ϑZ berühren oder schneiden, bei dem die Hauptkeule 28 der zentralen Richtcharakteristik ihr Maximum 30 aufweist.
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Diese derart angeordneten Richtcharakteristiken werden gemäß 1 genutzt zum Bilden von richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen. Dazu werden die Richtcharakteristiken vom Richtungsbildner 16 einer Messeinrichtung 34 übergeben. Es erfolgt eine Amplitudenmessung durch Abtastung der Richtungen in vorbestimmten, kleinen Winkelschritten von beispielsweise 0,1 Grad über einen vorbestimmten Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung herum. Dieser Vorgang wird im Einzelnen anhand der Darstellungen in 3A–C näher erläutert.
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3A–C zeigen graphisch die Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen. 3A und 3B sind von dem Richtdiagramm aus 2 abgeleitet. Es werden in gleicher Weise auf einer horizontalen Achse 22 der Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen und auf einer vertikalen Achse 24 die normierte Antennenausgangsspannung U/U0 in Volt. Dargestellt sind ferner die Hauptkeulen 26, 28 der zuvor bestimmten Richtcharakteristiken.
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3A und 3B verdeutlichen die Abtastung der Richtung um eine angenommene Signalrichtung 20. Der zu interessierende Richtungsbereich 36 bzw. Winkelbereich liegt beidseitig von der angenommenen Signalrichtung 20 und umfasst vorzugsweise eine Ausdehnung entsprechend einer doppelten Hauptkeulenbreite. Dieser vorbestimmte Richtungsbereich 36 wird sequentiell mittels der Hauptkeulen 26, 28 der Richtcharakteristiken in kleinen Winkelschritten abgetastet. Das Ergebnis dieser Abtastung sind drei gemessene, richtungsabhängige Amplitudenfunktionen FA, FB, FC, welche in 3C dargestellt sind.
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Wie unter 3A und 3B, werden in 3C auf der horizontalen Achse 38 der Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen. Die vertikale Achse 40 gibt die gemessene Amplitude in Volt an.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige sequentielle Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC beschränkt. Alternative Verfahren zur Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC sind denkbar. So ist es bspw. möglich, die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC mittels gleichzeitiger Richtungsbildung der Richtcharakteristiken mit vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich 36 zu erzeugen.
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Die drei richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC sind derart angeordnet, dass das Maximum der zentralen Amplitudenfunktion FB und die angenommene Signalrichtung 20 auf dem gleichen Winkel liegen. Sie werden gemäß 1 einer Berechnungseinheit 42 übergeben zum Bestimmen einer Summenfunktion FS durch Addition der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA und FC. Diese Summenfunktion FS wird wiederum einem Differenzialglied 44 zum Bestimmen der zweiten Ableitung übergeben. Diese Differentiation wird im Einzelnen anhand der Darstellungen in 4A–B und 5 näher erläutert.
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4A zeigt eine graphische Darstellung der Summenfunktion FS und 4B sowohl deren erste Ableitung 48 als auch deren zweite Ableitung 50. Auf den horizontalen Achsen 38 werden jeweils die Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen und auf den vertikalen Achsen 40 die Amplituden in Volt. Da die Summenfunktion FS eine Funktion der Amplitude über dem Empfangswinkel ϑ ist, sind deren Ableitungen 48, 50 Ableitungen des Winkels ϑ bzw. des Ortes. Mittels der Ableitung 48 der Summenfunktion FS wird an der Stelle ϑ der Anstieg der Tangente an die Summenfunktion FS bestimmt und kann daher als Änderungsrate der Summenfunktion FS an dieser Stelle interpretiert werden. Die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS beschreibt die Veränderung derjenigen Größe, die durch die erste Ableitung 48 bestimmt wird. Somit gibt die zweite Ableitung 50 Aufschluss über das Krümmungsverhalten der Summenfunktion FS.
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Durch die spezielle bevorzugte Anordnung der Richtcharakteristiken sind die daraus resultierenden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC derart angeordnet, dass die zentrale Amplitudenfunktion FB ihr Maximum auf Höhe der angenommenen Signalrichtung 20 aufweist und folglich die Summenfunktion FS an dieser Stelle ein Minimum besitzt. Durch zweimaliges Differenzieren der Summenfunktion FS erhält die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS ein lokales Maximum in der angenommenen Signalrichtung 20.
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5 entspricht im Wesentlichen 4, wobei es sich hier um eine graphische Darstellung von realen Messwerten eines Ausführungsbeispiels in einem Richtdiagramm handelt.
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Auf einer horizontalen Achse 52 ist der Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen mit der angenommenen Signalrichtung 20 bei 0° Grad. Auf der vertikalen Achse 54 ist die Amplitude in Volt aufgetragen. Erkennbar sind neben den drei strichpunktiert dargestellten richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC auch die Summenfunktion FS als eine gestrichelte Linie. Die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS ist als eine durchgezogene Linie im Richtdiagramm dargestellt. Es sind fünfzehn lokale Maxima 56 der zweiten Ableitung 50 erkennbar. Die Winkelwerte ϑ der lokalen Maxima 56 entsprechen den eventuellen, potentiellen Signalrichtungen der empfangenen Schallwellen.
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Mittels der zentralen Amplitudenfunktion FB wird zunächst überprüft, ob bei diesen eventuellen, potentiellen Signalrichtungen eine nennenswerte Signalamplitude der einfallenden Schallwellen vorliegt. Sofern die Signale der eventuellen, potentiellen Signalrichtungen eine hinreichende Signalamplitude aufweisen, werden diese bspw. als i potentielle Signalrichtungen zi gespeichert und gemäß 1 einer weiteren Berechnungseinheit 58 übergeben.
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Diese weitere Berechnungseinheit 58 aus 1 ermittelt für jede potentielle Signalrichtung zi eine Amplitudenfunktion Zi. Dazu wird die zentrale Richtcharakteristik des Richtungsbildners 16 herangezogen. Zunächst wird für jede potentielle Signalrichtung zi die Amplitudenfunktion Zi über den Richtungsbereich 36 für die zentrale Richtcharakteristik berechnet unter der Annahme, dass eine Schallwellenfront aus dieser Richtung kommen würde. Anschließend werden diese Amplitudenfunktionen Zi auf einen Maximalwert bspw. 1 normiert. Die derart ermittelten Amplitudenfunktionen Z1, Z2, ..., Zi werden einer Analyseeinheit 60 übergeben, um daraus die tatsächlichen Signalrichtungen zu ermitteln. Ferner erhält diese Analyseeinheit 60 die zentrale richtungsabhängige Amplitudenfunktion FB der Messeinrichtung 34.
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Die Analyseeinheit 60 ermittelt mittels eines statistischen Analyseverfahrens die Abhängigkeit einer Zielgröße von einer oder mehreren Ausgangsgrößen. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als statistisches Analyseverfahren die multiple lineare Regression herangezogen. Die Verwendung weiterer alternativer Analyseverfahren ist jedoch denkbar.
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Die multiple lineare Regression ermöglicht die Erfassung eines Einflusses mehrerer erklärender Größen auf eine Zielgröße. Hier werden die Abhängigkeiten zwischen den potentiellen Signalrichtungen zi und der zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion FB ermittelt.
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6 zeigt das Ergebnis der multiplen linearen Regression. Für jede potentielle Signalrichtung zi ist die berechnete Amplitude Zi dargestellt, welche den jeweiligen Anteil dieser Einzelrichtung zi an der gemessenen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion FB bildlich darstellt. Dabei wird auf der horizontalen Achse 62 der Empfangswinkel ϑ in Grad aufgetragen und auf der vertikalen Achse 64 die Amplitude in Volt. Die beispielhaft dargestellten Amplituden Z1, Z2, ..., Z15 der potentiellen Signalrichtungen z1, z2, ... z15 entsprechen dabei den zuvor ermittelten lokalen Maxima 56 aus 5.
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Diejenigen Signalrichtungen zi, deren Amplitude Zi sehr gering ist, werden als Zielrichtung verworfen. Lediglich die Signalrichtungen zi, die eine hinreichende Amplitude Zi aufweisen, entsprechen den tatsächlichen Signalrichtungen.
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In diesem Ausführungsbeispiel gemäß 6 entsprechen die potentiellen Signalrichtungen z6, z7, z8, z9 und z10 den tatsächlichen Signalrichtungen. Die Ergebnisse der multiplen linearen Regression sind somit sowohl die tatsächlichen Signalrichtungen als auch die dazugehörigen Signalstärken der schallabstrahlenden Ziele oder Objekte. Dabei können diese derart dicht benachbart sein, dass deren abgestrahlten Geräusche oder Schallwellen richtungsmäßig innerhalb der Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegen und gleichzeitig empfangen werden. Kommen die Signale der schallabstrahlenden Ziele jedoch aus einem Richtungs-Kontinuum, ist eine Anwendung des Verfahrens nicht möglich.
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In 6 ist ferner ein Gleichanteil 66 bzw. ein Offset dargestellt, welcher ebenfalls aus der multiplen linearen Regression resultiert. Dieser evtl. vorhandene Gleichanteil entsteht beispielsweise durch Rauschanteile in den Signalen.
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Des Weiteren liefert die multiple lineare Regression eine Standardabweichung als Maß für die Güte der Übereinstimmung.
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Bei einer Verfahrensvariante wird das erfindungsgemäße Verfahren in kurzen Zeitabständen angewandt. Dadurch entsteht eine im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse liefert. Ferner ist durch die im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung des Verfahrens eine dynamische Erkennung von Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele möglich.
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Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannte Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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